Question

【題目】研究人員研制利用低品位軟錳礦漿(主要成分是MnO2)吸收硫酸廠的尾氣SO2，制備硫酸錳的生產(chǎn)流程如下：

已知：浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn2＋，還含有少量的Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Pb2＋等其他金屬離子。PbO2的氧化性大于MnO2。PbSO4是一種微溶物質(zhì)。有關(guān)金屬離子的半徑、形成氫氧化物沉淀時的pH見下表，陽離子吸附劑吸附金屬離子的效果見下圖。

（1）浸出過程中生成Mn2+反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________，

（2）Fe2＋被氧化的過程中主要反應(yīng)的離子方程式___________________________________。

（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，用于調(diào)節(jié)pH，pH應(yīng)調(diào)節(jié)至______________范圍。

（4）陽離子吸附劑可用于除去雜質(zhì)金屬離子。請依據(jù)圖、表信息回答，決定陽離子吸附劑吸附效果的因素有__________________________等（寫二點）。

（5）吸附步驟除去的主要離子為_________________。

（6）電解MnSO4、ZnSO4和H2SO4的混合溶液可制備MnO2和Zn，寫出陽極的電極反應(yīng)方程式_____。

（7）CaSO4是一種微溶物質(zhì)，已知Ksp(CaSO4)=9.10×10—6。現(xiàn)將c mol·L—1CaCl2溶液與2.00×10—2mol·L—1Na2SO4溶液等體積混合（忽略體積的變化），則生成沉淀時，c的最小值是____。

Answer 1

【答案】SO2＋MnO2＝MnSO4 2Fe2＋＋MnO2＋4H＋＝2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O 4.7 ≤pH<8.3 吸附時間、金屬離子的半徑 、金屬離子的電荷 Pb2＋、Ca2＋ Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2↓＋4H+ 1.82×10- 3mol/L

【解析】

（1）MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2+MnO2=MnSO4；

（2）雜質(zhì)離子中只有Fe2+具有還原性，可以被MnO2在酸性條件下氧化成Fe3+；

（3）雜質(zhì)中含有Fe3+、Al3+陽離子，從圖可表以看出，大于4.7可以將Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀；

（4）根據(jù)題目提供的表格數(shù)據(jù)可知決定陽離子吸附劑吸附效果的因素有吸附時間、金屬離子的半徑、金屬離子的電荷；

（5）吸附步驟除去的主要離子為Pb2+、Ca2+；

（6）二氧化錳是在陽極錳離子失電子生成，電極反應(yīng)為：Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2↓＋4H+；

（7）根據(jù)沉淀溶度積進行計算。

（1）低品位軟錳礦漿的主要成分是MnO2，通入SO2浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn2+，則MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2+MnO2=MnSO4，

故答案為：SO2+MnO2=MnSO4。

（2）雜質(zhì)離子中只有Fe2+具有還原性，可以被MnO2在酸性條件下氧化成Fe3+，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O，

故答案為：2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O。

（3）雜質(zhì)中含有Fe3+、Al3+陽離子，從圖可表以看出，大于4.7可以將Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀，故答案為：4.7≤pH<8.3。

（4）根據(jù)題目提供的表格數(shù)據(jù)可知決定陽離子吸附劑吸附效果的因素有吸附時間、金屬離子的半徑、金屬離子的電荷，故答案為：吸附時間、金屬離子的半徑、金屬離子的電荷；

（5）吸附步驟除去的主要離子為Pb2+、Ca2+，故答案為：Pb2+、Ca2+。

（6）由流程圖中得到產(chǎn)物為二氧化錳和鋅分析，得到鋅是鋅離子在陰極得到電子析出，電極反應(yīng)為：Zn2++2e-=Zn；二氧化錳是在陽極錳離子失電子生成，電極反應(yīng)為：Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2↓＋4H+，故答案為：Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2↓＋4H+。

（7）CaSO4是一種微溶物質(zhì)，已知Ksp(CaSO4)=9.10×10-6�，F(xiàn)將cmol/LCaCl2溶液與2.00×10-2mol/LNa2SO4溶液等體積混合，由于忽略體積的變化，所以混合后氯化鈣和硫酸鈉溶液的濃度都要減半；c(SO42-)=1.00×10-2mol/L，c(Ca2+)=c/2mol/L。由于Ksp(CaSO4)= 9.10×10-6，c(SO42-)c(Ca2+)≥9.10×10-6，則生成沉淀時c(Ca2+)≥（9.10×10-6÷1.00×10-2mol/L）×2=1.82×10-3mol/L，因此c的最小值是1.82×10-3mol/L，故答案為：1.82×10-3mol/L。